Применение системного анализа при разработке пользовательского интерфейса информационных систем

Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет 
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

И. А. Спицина
К. А. Аксёнов

Применение системного анализа
при разработке пользовательского интерфейса
информационных систем

Учебное пособие

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
для студентов вуза, обучающихся 
по направлению подготовки
09.03.01 «Информатика и вычислительная техника»

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2018

УДК 004.45:004.7(075.8)
ББК 32.973.1я73+32.971.35я73
       С72
Рецензенты:
Отдел динамических систем института математики и механики 
им. Н. Н. Красовского Уральского отделения Российской академии 
наук (ИММ УрО РАН), (зав. отделом проф., д‑р физ.‑мат. наук 
А. М. Тарасьев);
доц., канд. техн. наук В. Ф. Ярчук (начальник программно‑технологического отдела ООО «ТЭКСИ‑Консалтинг»).

Научный редактор — проф., д‑р техн. наук Л. Г. Доросинский

 
Спицина, И. А.
С72    Применение системного анализа при разработке пользовательского интерфейса информационных систем : учеб. пособие / И. А. Спицина, К. А. Аксёнов. — Екатеринбург : Изд‑во Урал. ун‑та, 2018. — 
100 с.

ISBN 978‑5‑7996‑2265‑7

В издании отражены аспекты разработки и проектирования визуального интерфейса пользователя информационных систем. Основное внимание 
уделено разработке интерфейсов и архитектуре программного обеспечения 
с использованием метода системного анализа и автоматизированных средств 
проектирования (CASE‑средств). Описана технология проектирования программного обеспечения и пользовательского интерфейса. Пособие содержит 
примеры, иллюстрирующие материал. Предназначено для студентов дневной и заочной форм обучения направления 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника».

Библиогр.: 11 наим. Табл. 11. Рис. 43.

УДК 004.45:004.7(075.8)
ББК 32.973.1я73+32.971.35я73

ISBN 978‑5‑7996‑2265‑7 
© Уральский федеральный

 
    университет, 2018

Оглавление

Список основных сокращений ..............................................................4

Предисловие ......................................................................................5

Глава 1. Анализ и проектирование интерфейса ПО ................................6
1.1. Принципы проектирования пользовательских интерфейсов 
      информационных систем ................................................................6

1.1.1. Роль аналитика при проектировании пользовательского 
         интерфейса .........................................................................6
1.1.2. Этапы разработки пользовательского интерфейса .....................7
1.1.3. Модели реализации и ментальные модели ...............................8
1.1.4. Анализ прототипа ПИ на возможные проблемы .......................9
1.1.5. Особенности восприятия человеком информации ................... 11
1.1.6. Особенности интеллектуальных мультиагентных систем.......... 14

1.2. Вопросы качества пользовательского интерфейса программного 
      обеспечения ............................................................................... 20

1.2.7. Концепции качества интерфейса .......................................... 20
1.2.2. Рекомендации по использованию концепций .......................... 24
1.2.3. Оценка удобства использования пользовательского интерфейса .... 25

1.3. Технология проектирования архитектуры программного 
      обеспечения и пользовательского интерфейса ................................. 27

Глава 2. Разработка интерфейса программного обеспечения ................. 36
2.1. Проектирование и создание прототипа пользовательского 
      интерфейса приложения .............................................................. 36
2.2. Проектирование пользовательского интерфейса на этапе 
      высокоуровневого проектирования ................................................ 44
2.3. Разработка функций приложения, позволяющих взаимодействовать 
      с папками и файлами .................................................................. 55
2.4. Работа с методами сериализации и десериализации объектов ............ 62
2.5. Документирование ...................................................................... 67
2.6. Применение технологии WPF для разработки интерфейса 
      пользователя .............................................................................. 73
2.7. Разработка WPF‑приложения для работы с данными ...................... 83
2.8. Оценка эффективности пользовательского интерфейса по критерию 
       скорости на основе модели GOMS ................................................ 91

Заключение ..................................................................................... 97

Список библиографических ссылок .................................................... 98

Список основных сокращений

CASE
– Computer Aided Software Engineering, 
    автоматизированная разработка ПО
GOMS
– Goals, Operators, Methods, and Selection Rules
MSF
– Microsoft Solutions Framework
RUP
– Rational Unified Process
WPF
– Windows Presentation Foundation

UML
– Unified Modeling Language, унифицированный язык 
    моделирования
ИС
– информационная система
МАС
– мультиагентная система
МППР
– мультиагентные процессы преобразования ресурсов
ОТС
– организационно‑технические системы
ПИ
– пользовательский интерфейс
СА
– системный анализ
ТЗ
– техническое задание

Предисловие

У

чебное пособие посвящено вопросам проектирования 
и разработки пользовательского интерфейса (ПИ) программного обеспечения (ПО), в нем рассмотрены современные подходы к разработке и проектированию интерфейсов 
информационных систем. Данные подходы используют в своей 
основе системный анализ при исследовании и формализации процессов предметной области, а также методы, применяемые в интеллектуальных системах и системах автоматизации проектирования программного обеспечения (CASE‑средствах).
Характерной особенностью разрабатывающего и активно применяемого программного обеспечения является его социальная направленность, что является следствием активного распространения смартфонов, планшетов и различных портативных устройств 
на мировом рынке. Визуальный графический интерфейс у конечного пользователя (не специалиста в области информационных 
технологий) непосредственно ассоциируется с самим программным обеспечением (в том числе его математическим, лингвистическим и алгоритмическим обеспечением), поэтому актуальной 
задачей является разработка эффективного пользовательского 
интерфейса.

Глава 1.  
Анализ и проектирование интерфейса ПО

1.1. Принципы проектирования пользовательских интерфейсов 
информационных систем

1.1.1. Роль аналитика  
при проектировании пользовательского интерфейса
П

ользовательский интерфейс (ПИ) представляет собой 
совокупность программных и аппаратных средств, осуществляющих взаимодействие пользователя с информационной системой. ПИ включает в себя систему меню, диалоговые формы, сообщения об ошибках, справочную систему и т. п.
Поскольку ПИ является частью информационной системы, то, 
с одной стороны, аналитику необходимо представлять базовые 
принципы проектирования ПИ, а с другой стороны, он должен 
быть вовлечен в этот процесс [1].
Как известно, при разработке ПИ следует учитывать компьютерную компетентность пользователя. Аналитик участвует 
в анализе потенциальных пользователей ИС, а затем преобразует полученную информацию в требования к ПИ. В частности, 
аналитик может:
· проанализировать предпочтения пользователей (цвет, расположение элементов и т. п.) в существующих интерфейсных 
решениях и преобразовать их в нефункциональные требования к ПИ;
· наблюдать за работой с прототипом ПИ или просмотром 
эскизов экранов, а затем сформулировать замечания и предложения по улучшению ПИ;
· проанализировать ПИ на возможность беспроблемного выполнения всех функций, необходимых пользователю.

Ё 1.1. Принципы проектирования пользовательских интерфейсов информационных систем Ё

Таким образом, чтобы первое общение пользователя с информационной системой не стало последним, аналитику необходимо участвовать в определении требований, которые охватывают 
не только функции разрабатываемой системы, но и ПИ, чтобы 
повысить качество готового продукта.
Кратко рассмотрим инструментарий, который может использовать аналитик в своей деятельности.
Диаграмма вариантов использования языка UML (Unified 
Modeling Language) может быть применена для формализации 
функциональных требований к системе, в том числе для описания взаимодействия пользователей с проектируемой системой [2]. 
Следует отметить, что изобразительных средств этой диаграммы 
недостаточно для подробного описания требований, поэтому ДВИ 
дополняют текстовыми сценариями. С их помощью можно уточнить или детализировать последовательность действий, совершаемых системой при выполнении ее вариантов использования.
Шаблон «Проволочная диаграмма Visio» может быть использован для быстрого и простого создания прототипов форм приложения. Проволочные диаграммы позволяют обсудить общие 
решения по юзабилити и дизайну ПИ.

1.1.2. Этапы разработки пользовательского интерфейса

Пользовательский интерфейс представляет собой набор средств 
диалога, взаимодействия программы (машины) с человеком. 
Именно поэтому ПИ является тем элементом ИС, по которому 
складывается первое общее впечатление о ней. Можно выделить 
следующие проблемы, которые возникают при разработке ПИ:
· отсутствие четких требований к ПИ в ТЗ, что приводит к его 
многочисленным переделкам;
· отсутствие точной структуры ПИ, что влечет за собой невозможность планирования работ;
· изменение и развитие бизнес‑процессов, что приводит к необходимости адаптации ПИ, которую не всегда возможно реализовать.
Для решения этих проблем необходимо использовать адекватные методологические подходы.

Ё Глава 1. Анализ и проектирование интерфейса ПО  Ё

Создание ПИ включает в себя следующие крупные этапы:
· исследование, анализ и определение общих требований 
к ПИ;
· определение сценариев использования и пользовательской 
модели интерфейса;
· разработка прототипа ПИ;
· реализация ПИ;
· тестирование и оценка качества ПИ.
В зависимости от выбранной модели жизненного цикла программного обеспечения эти этапы могут повторяться циклически 
[3]. На первых двух этапах следует продумать структуру приложения, определить основные требования к ПИ. На этапе создания прототипа показываются основные аспекты функционирования ИС и базовые подходы к ПИ. Созданный прототип позволяет 
обсудить базовые решения с пользователем до этапа разработки. 
На этапе тестирования, к которому рекомендуется подключать 
пользователей, можно выявить не только ошибки программирования, но и оценить, насколько ПИ отвечает потребностям и ожиданиям пользователей. Итерационный подход позволяет устранять 
выявленные недостатки на последующих итерациях разработки.

1.1.3. Модели реализации и ментальные модели

Различия между образами мышления пользователей, аналитиков и разработчиков — причина многих проблем, связанных 
с неудовлетворенностью результатом проектирования ПИ [4].
При работе с ИС пользователь, конечно же, не знает всех 
сложностей ее функционирования, он создает упрощенную мысленную схему, которая называется ментальной моделью. Для 
предсказания поведения интерфейса системы пользователь применяет свою ментальную модель, то есть ментальная модель — 
это представление пользователя о процессе взаимодействия с ИС.
Модель реализации — это представление о том, как реально 
работает ИС.
Очевидно, что в ИС наблюдаются существенные расхождения между моделью реализации и ментальной моделью, поскольку сложность реализации достаточно высокая, и пользователь 

Ё 1.1. Принципы проектирования пользовательских интерфейсов информационных систем Ё

не может определить, что действительно делает программа в ответ на его действия.
Разрыв между реализацией и представлением пользователя 
служит источником третьей модели, возникающей при обсуждении ПИ, — модели представления. Модель представления — 
это способ демонстрации пользователю тех функций ИС, которые выбрал проектировщик.
Пользовательские интерфейсы и схемы взаимодействия ИС, 
спроектированные с точки зрения программиста, будут близки 
к модели реализации, но малопонятны пользователю. Следует 
разрабатывать такую модель представления, которая будет наиболее близка к ментальной модели. Для построения эффективной 
модели представления следует привлекать к работе аналитика. 
Он может использовать следующие способы сбора информации 
о работе пользователей:
· анализ их задач;
· интервью с настоящими и потенциальными пользователями;
· посещение мест их работы;
· отзывы клиентов;
· тесты по пригодности.
При этом стоит учитывать, что пользователи обычно описывают то, что они делают, а не то, что им хотелось бы делать, то есть 
их работа не всегда оптимальна.

1.1.4. Анализ прототипа ПИ на возможные проблемы

Разработка прототипа ПИ и его анализ позволяют на начальных этапах проектирования проверить предлагаемые концепции 
ПИ и осуществимость требований. Кроме того, есть возможность 
обнаружить проблемы ПИ до того, как они станут критическими. Чтобы обнаружить проблему, нужно проанализировать следующие моменты [5]:
· учитывает ли разрабатываемый ПИ все особенности устройств 
ввода–вывода информации, используемых пользователем;
· позволяют ли выбранные интерактивные элементы организовать ввод и вывод информации, которые будет соответствовать требованиям к ПИ;

Ё Глава 1. Анализ и проектирование интерфейса ПО  Ё

· учитывают ли выбранные технологии и методы ведения диалога ИС с пользователем:
Ø степень активности пользователя при взаимодействии (автоматический режим или перехват управления программой на себя, программные помощники);
Ø степень учета ситуации (контекстные подсказки, меню 
дальнейших событий или объектов, запоминание типичных путей диалога);
Ø устойчивость, терпимость к ошибкам пользователя путем 
исправления или недопущения типичных ошибок;
Ø дублирование вручную отдельных функций системы и дополнительные контрольные процедуры работы отдельных 
режимов;
Ø настройка ПИ на различный уровень подготовки пользователя;
Ø степень адаптивности ПИ под предпочтения пользователя;
Ø настройка ПИ на специфику задачи (новый формат данных, изменение набора объектов, дополнение атрибутов 
объектов);
· оптимально ли размещена информация и управляющие элементы на экранных формах; при расположении визуальных 
компонентов на форме учитывают:
Ø алгоритм работы пользователя с данными;
Ø баланс между «детальностью–обобщенностью» вывода 
информации;
Ø необходимость выделения важной информации на экране;
Ø необходимость четкого определения основных и вспомогательных блоков информации;
Ø необходимость выделения на форме полей со статическими и динамическими данными;
· способы формирования обратной связи между пользователем и ИС:
Ø показ актуального состояния системы, режима работы системы и режима взаимодействия;
Ø вывод отдельных, важных для выполняемой функции 
данных и показателей;
Ø отражение действий пользователя;
Ø ясность и информативность сообщений системы;

Ё 1.1. Принципы проектирования пользовательских интерфейсов информационных систем Ё

· учитываются ли при проектировании панелей меню и инструментов следующие моменты:
Ø логическая и смысловая группировка пунктов;
Ø фиксированная позиция панелей на экране;
Ø ограничение на ширину списка выборов и шагов (глубины) меню;
Ø использование привычных названий, широко распространенных икон‑пиктограмм, традиционных икон‑символов 
и аккуратное введение сокращений;
Ø размещение наиболее часто используемых пунктов в начале списка;
· используются ли средства ориентации и навигации:
Ø варьирование степени детализации рассматриваемых объектов;
Ø быстрый поиск в списке или таблице;
Ø указание на дополнительно существующую информацию 
и способ ее получения;
Ø использование средств листания и прокрутки;
· учитываются ли при создании форм для ввода данных:
Ø использование одного или нескольких механизмов ввода 
в рамках режима;
Ø определение способов ввода данных (таблицы, списки, 
простая форма, меню и пр.);
Ø минимизация объема ввода;
Ø выделение редактируемых обязательных и необязательных, а также не редактируемых полей;
Ø использование механизмов быстрого ввода (по умолчанию, сокращения, с продолжением и пр.);
Ø выделение введенной или отредактированной информации.

1.1.5. Особенности восприятия человеком информации

При разработке ПИ следует учитывать особенности восприятия человеком информации, поскольку это влияет на производительность человека. Их нельзя натренировать. Исследованиями этих свойств человека занимаются когнитивная психология